王曉麗，辜云杰，賈 晨，高 潔，張時(shí)林，羅建勛*

(1.簡陽市林業(yè)局，四川簡陽 641400;2.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610081;3.資陽市林業(yè)局，四川 資陽 641300)

香椿(Toona sinensis Roem.)是楝科香椿屬喬木，樹干通直，生長迅速，特別在前期生長較快，一般10 a～15 a可成材，木材具有美麗花紋和廣泛用途，在國際市場上享有“中國桃花心木”之美稱［1］。具有較高的食用價(jià)值、營養(yǎng)價(jià)值與材用價(jià)值，主要分布在黃河流域和長江流域之間［2～3］。不同種源香椿的地理變異是與緯度相平行的南北傾斜的連續(xù)變異模式［4］。香椿遭受干旱脅迫時(shí)，隨著脅迫的增強(qiáng)，其水分飽和強(qiáng)度增大，水勢降低，質(zhì)膜相對透性增大。但是在復(fù)水后，各指標(biāo)均能恢復(fù)至對照水平［5］。林窗面積對香椿的樹高、地徑和樹冠面積影響顯著;隨著林窗面積增大，香椿的日均凈光合速率增加，但光合能力下降［6］。香椿的光合速率日變化和季節(jié)性變化均呈雙峰曲線，其日變化中有明顯的“午休”現(xiàn)象，該現(xiàn)象是非氣孔因素導(dǎo)致的［7］。香椿林對土壤有改良作用，林齡越大，土壤肥力越高［8］。在肥沃沖積土上，3a生香椿樹高達(dá)4.5 m，胸徑達(dá)4 cm;14 a生的樹高為13 m，胸徑達(dá)21 cm［9］。香椿接收藍(lán)光或者紅光的照射，可促進(jìn)幼苗的生長［10］。目前學(xué)者對香椿的研究方向很多，但是對香椿生長特性的研究尚未見報(bào)道，本文對簡陽引進(jìn)樹種“蜀臺(tái)紅香椿”進(jìn)行樹干解析，研究其生長特性，以期為該樹種在本地栽培推廣提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 研究材料與研究方法

1.1 研究地概況

簡陽位于四川盆地中部偏西邊緣，東經(jīng)104°11′34″至 104°53′36″，北緯 30°04′28″至 30°39′0″;屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛;冬季幾乎無降雪，夏季高溫多雨;年平均氣溫17℃，年平均降水量874 mm，年無霜期約311 d;平均海拔400 m～580 m，地勢西北高、東南低，地貌以丘陵地形為主;土壤以紫色土和沖積土為主。

1.2 材料

2014年12月在簡陽市新星鄉(xiāng)平江村、青龍鎮(zhèn)石桅村和簡城鎮(zhèn)順河村的香椿人工林中分別設(shè)置3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地，對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的香椿調(diào)查并各選擇1株平均木作為解析木，共選擇3株解析木。

1.3 方法

對采集的3株平均木，按2 m區(qū)分段進(jìn)行樹干解析(即在基徑、胸徑、以后每隔2 m鋸取樹干解析圓盤，梢頭不足1 m時(shí)棄取，梢頭大于1 m時(shí)在1 m處取樣)。用直尺按南一北、東一西方向量取樹干解析圓盤的帶皮直徑、去皮直徑、各年輪直徑等指標(biāo)。3株解析木(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的生長環(huán)境基本情況見表2。根據(jù)獲得的解析木的樹高(H)和胸徑(D)數(shù)據(jù)，采用中央斷面區(qū)分求積式計(jì)算出相應(yīng)材積(V)，計(jì)算公式如下:

式中 gi為第i個(gè)區(qū)分段中央斷面積;l為各區(qū)分段長度;n為區(qū)分段個(gè)數(shù);g′為梢頭斷面積，l′為梢頭長度。

材積生長率計(jì)算采用普雷斯勒生長率公式求算，公式如下:

Pv=(Va-Va-n)/(Va+Va-n)×200/n

式中:Pv為材積生長率;Va為調(diào)查末期材積量;Va-n為調(diào)查初期材積量;n為齡級(jí)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

通過對標(biāo)準(zhǔn)地中的3株蜀臺(tái)紅香椿解析木的胸徑、樹高、材積生長量進(jìn)行分析研究，測定3株解析木樹齡分別為27 a、27 a、30 a。香椿生長速度快，以3 a為1個(gè)齡級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，取3株樹的胸徑、樹高、材積的總生長量、平均生長量、連年生長量，最后取其平均值(見表1)。

表1 香椿樹干生長過程

2.1 香椿樹高生長過程

對27 a生香椿樹高生長過程進(jìn)行分析(表1與圖1)，結(jié)果表明，27 a生的香椿樹高可達(dá)17.90 m，香椿樹高生長具有明顯的前期速生的特點(diǎn)，隨著年齡的增加樹高也增大，總生長量在前12 a生長迅速，第12年時(shí)樹高即達(dá)13.24 m。樹高的連年生長量與年平均生長量曲線在生長期間表現(xiàn)出先上升再下降的趨勢，兩者相交之前，連年生長量的值大于平均生長量的值，相交之后則相反。樹高的連年生長量的變異范圍為0.26 m～1.78 m，在第6年達(dá)到最大值為1.78 m，此后在第9年時(shí)迅速下降到0.86 m，在第18年達(dá)到最小值為0.26 m，然后又出現(xiàn)小幅上升再下降的趨勢;樹高的平均生長量的變異范圍為0.66 m～1.56 m，同樣也是在第6a達(dá)到最大值為1.56 m，此后平均生長量逐漸下降。樹高的連年生長量與平均生長量曲線在第7年左右相交，表明樹高生長的數(shù)量成熟齡約在7 a生時(shí)，在此時(shí)對林分進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈g伐、疏伐等經(jīng)營手段能夠維持林木的繼續(xù)快速生長。

圖1 香椿樹高生長規(guī)律

2.2 香椿胸徑生長過程

對27 a生香椿的胸徑生長過程進(jìn)行分析(見表1與圖2)，結(jié)果表明:27 a生香椿的胸徑為26.03 cm，胸徑在前期(1 a～9 a)具有生長速度快的特點(diǎn)。胸徑連年生長量與平均生長量同時(shí)在第6年時(shí)達(dá)到最大值分別為1.53 cm與1.47 cm，此后平均生長量隨著年齡的生長而逐漸平緩的下降，而連年生長量在下降過程中出現(xiàn)較明顯的上下浮動(dòng)的現(xiàn)象，這與其生長的環(huán)境以及氣候有一定的關(guān)系。胸徑的連年生長量曲線與平均生長量曲線約在第7年相交，此時(shí)對林分進(jìn)行一次撫育間伐，可保證林木充足的營養(yǎng)空間，促進(jìn)林木在后期的更好的生長。胸徑的平均生長量達(dá)到峰值后開始減小，但其降低的量很小，結(jié)合表1和圖2可知，年平均生長量最小時(shí)也有0.96 cm，說明香椿在生長過程中胸徑具有持久快速生長的特性。

2.3 香椿材積生長過程

圖2 香椿胸徑生長規(guī)律

對27 a生香椿的材積生長過程進(jìn)行分析(見表1與圖3)，結(jié)果表明:香椿的材積總生長量隨著年齡的生長而增加，27 a時(shí)材積累計(jì)生長量到0.45300 m3;材積的連年生長量出現(xiàn)先上升后下降的變化特點(diǎn)，在第24年時(shí)達(dá)到最大值為0.03158 m3;而平均生長量一直處于上升趨勢，在第27年時(shí)其值為0.01678 m3，也許尚未達(dá)到最大值。材積的連年生長量曲線與平均生長量曲線在第27年生時(shí)尚未相交，表明香椿的材積數(shù)量成熟年齡要晚于27 a，根據(jù)曲線的趨勢預(yù)計(jì)兩者應(yīng)在第28年左右相交。數(shù)量成熟是確定林分進(jìn)行采伐或主伐的重要依據(jù)之一。因此香椿的采伐時(shí)間應(yīng)在27 a后。

圖3 香椿材積生長規(guī)律

2.4 香椿材積生長率與胸高形數(shù)

材積生長率是反映植株材積生長速度的一個(gè)指標(biāo);胸高形數(shù)是反映樹干飽滿程度的指標(biāo)，其值越大樹干的飽滿度越好。對27 a生香椿的材積生長率與胸高形數(shù)進(jìn)行分析(見表1與圖4)，結(jié)果表明:香椿的材積生長率與胸高形數(shù)均隨著年齡的生長而逐漸降低，材積生長率在前9 a的下降速度很快，之后下降速度開始減緩;而胸高形數(shù)在前6a的下降快，后期的下降速度減緩并最終穩(wěn)定在0.48左右，香椿樹干的飽滿度較好。

圖4 香椿的材積生長率與胸高形數(shù)

2.5 香椿生長模型擬合

分別將解析木的胸徑、樹高與材積同林分年齡建立回歸方程，采用具有典型代表的邏輯斯蒂(logistic)模型進(jìn)行擬合，其表達(dá)式如下:

y=k/(1+a*e-bx)

式中 y為生長量;x為生長時(shí)間，k、a、b為待定參數(shù)，可用倒數(shù)求和法來選取待定參數(shù)的初始值，再用spss軟件中Marguardt迭代法求解。

2.5.1 胸高、樹高、材積生長模型擬合

根據(jù)香椿的生長過程求出樹高、胸徑與材積的待定參數(shù)a、b、k的值，并對參數(shù)進(jìn)行顯著性方差分析，結(jié)果見表2。由表2可知，香椿的樹高、胸徑和材積的待定參數(shù)的P值均小于0.0001，說明所求參數(shù)代入生長方程中，y與x的回歸關(guān)系極顯著。

表2 樹高、胸徑與材積待定參數(shù)的方差分析

將待定參數(shù)代入logistic方程，分別得到樹高、胸徑、材積的生長曲線模型(見表3)。胸徑、樹高、材積的生長曲線方程擬合的精度分別為0.9978、0.9993、0.9994，說明香椿人工林的胸徑、樹高、材積與林齡存在密切的相關(guān)性，擬合的模型能夠很好地反映林木生長情況。

表3 樹高、胸徑與材積的回歸方程

2.5.2 生長模型的驗(yàn)證

通過對香椿樹高、胸徑和材積與林齡的回歸方程可知，其相關(guān)性較高，擬合效果較好，為了進(jìn)一步驗(yàn)證香椿人工林的生長模型的可靠性，將林齡代入生長模型進(jìn)行各測樹因子的預(yù)測，結(jié)果見表4。

表4 樹高、胸徑與材積擬合方程的檢驗(yàn)

由表4知，實(shí)際值與預(yù)測值比較接近，各測樹因子不同林齡的殘差值均較小，預(yù)測值能夠較好的反應(yīng)林分生長情況，擬合的生長預(yù)估模型較科學(xué)，可應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。

3 結(jié)論與討論

香椿樹高生長具有前期速生性，連年生長量和平均生長量在第6年達(dá)到高峰，分別為1.78 m與1.56 m，并在第7年左右相交。香椿胸徑生長同樣具有前期速生性，連年生長量和年平均生長量在第6年達(dá)到最大值，其連年生長量在下降過程出現(xiàn)明顯的上下浮動(dòng)現(xiàn)象，這與其生長環(huán)境和氣候有一定關(guān)系。香椿的材積連年生長量在第24年達(dá)到最大值為0.03158 m3，27年生香椿人工林尚未達(dá)到數(shù)量成熟，可適當(dāng)對林分進(jìn)行間伐，淘汰劣質(zhì)木促進(jìn)優(yōu)質(zhì)木生長，提升材積的產(chǎn)量。

運(yùn)用SPSS軟件得到的香椿胸徑、樹高、材積生長量與樹齡間的回歸方程，能較好反映胸徑、樹高、材積生長量與樹齡之間的關(guān)系，可用于香椿生長的預(yù)測預(yù)報(bào)。胸徑生長模型:y=27.7189/(1+6.4415*e-0.1635x)，樹高生長模型:y=16.7421/(1+4.2965*e-0.2387x)，材積生長模型:y=0.5797/(1+42.9833*e-0.1866x)。

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